一种满足电动轮椅车电磁兼容测试的测速工装

叶瑀，刘浩明，张开帆，陈欣超

（广东省医疗器械质量监督检验所，广东 广州 510663）

1 研究背景

随着人口老龄化和各种慢性疾病的增加，以及逐年新增的重度运动功能疾病患者，作为老年人、残疾人辅助出行工具电动轮椅车的需求越来越大[1]。根据《医疗器械分类目录》，电动轮椅车属于二类医疗器械。电动轮椅车常用的标准有：GB 9706.1—2007、GB/T12996—2012、GB/T 18029 轮椅车系列标准、YY 0505—2012[2]。其中，电动轮椅车的电磁兼容应满足YY 0505—2012 和GB/T 18029.21—2012 的要求。GB/T 18029.21—2012 适用于最大速度不超过15 km/h残疾人用室内和室外型电动轮椅车和电动代步车，且不适用与能承载1人以上的交通工具[3]。GB/T 18029.21—2012 规定电动轮椅车的行驶模式在抗扰度试验时要对其速度和方向的稳定性进行监测，需要使用两个转速计分别对轮椅车的左右轮进行转速监测，在通过公式计算平均轮速变化和转向稳定性[4]。

常用的转速监测是采用反射式测速传感器，将反光材料粘贴于被测轴的测量部位上构成反射面，但这种监测方法人为误差较大，监测数据无法溯源，反映平均轮速变化和转向稳定性的参数需要手动计算，而且转速监测装置在抗扰度试验时容易受到干扰导致不能正常监测转速。

因此，针对这些问题，本文设计了一款由APP、电源模块和监测模块组成的满足电动轮椅车电磁兼容测试的测速工装，APP 通过蓝牙功能将监测模块与移动终端连接，监测模块包括通信模块、测速模块、信号处理模块和数据储存模块。

2 工装设计原理

目前，常见的电动轮椅测速传感器包括电磁式转速传感器或霍尔传感器。由于电磁兼容测试的特殊性，电磁式转速传感器和霍尔传感器会在试验过程中受到电磁干扰而无法正常测速。本文利用红外光反射原理，将一个黑白相间的四等分的光码盘放置于轮椅车左右轮的转轴处，两个红外线感应光电传感器均可放置在轮椅车轮的外侧。当红外光照射转盘时，白色部分将反射红外线，黑色部分不反射红外线，从而得到一个脉冲值，工作原理如图1 所示。因此，只需要红外光能照射到转盘上，即可根据公式（1）得到转动的角速度。

图1 工作原理

式（1）中：ω为角速度；n为在测速时间内得到的脉冲数；T为测速时间。

本测速工装对放置位置无特殊要求，只需将发射模块和接收模块对准测速终端任意一点，接收模块接收到测速终端反射的光信号，经由光电转换模块转换成脉冲信号，再经信号处理模块转换后得到转速角速度。

本测速工装的硬件部分包括电源模块和监测模块。电源模块由直流供电部分和滤波电路组成，所述滤波电路实现对空间和电网传递的电磁骚扰信号滤波，提高监测系统的抗扰度能力。监测模块包括通信模块、测速模块和信号处理模块，通信模块依次与电源模块、测速模块、信号处理模块连接，测速模块依次与电源模块、信号处理模块连接。测速模块和信号处理模块放置于一个特质的屏蔽盒内，屏蔽空间传递的电磁骚扰信号，提高监测系统的抗扰度能力。

其中，测速模块包括两组光电转换模块、红外线感应光电传感器和光码盘，红外线感应光电传感器包括发射模块和接收模块，接收模块与信号处理模块连接。接收模块接收到测速终端反射的光信号，经由光电转换模块转换成脉冲信号，再经信号处理模块转换后得到角速度，再根据GB/T 18029.21—2012 标准给出的公式计算轮椅车在试验中和试验后的平均轮速变化和转向稳定性。

3 工装的硬件结构

工装的硬件结构如图2 所示。其中，信号处理模块将脉冲信号经过整流滤波、放大整流后，获得相同频率的方波信号，经过测量方波的频率和周期，可以得到电动轮椅的角速度，根据标准给出的公式，可以计算出电动轮椅的转向角度，信号处理模块与通信模块连接，通过蓝牙将转速和转向信息传输到安装APP的移动终端。工装中的APP 通过蓝牙信号与监测系统进行无线连接，可以实现对监测系统的启动/停止控制，设置电动轮椅转动轮的直径，将测得的转速角速度转化为转速。

图2 硬件结构

4 准确性验证

为了验证本工装的测速准确性，采用市面上常见的激光转速仪，且该激光转速仪经相关计量单位检定，测量10 台不同公司的双轮驱动的轮椅车在低、中、高挡位的左右轮转速，并分别进行对比。10 台轮椅车的数据测量完毕后，整理完成转速的对比情况如表1 所示。

表1 转速的对比表

表1（续）

经过对比测试结果，可以看出随着轮速挡位的增加，工装和激光转速仪之间的误差变大，最大的误差为10.32%；在轮速低挡和中挡时，工装和激光转速仪之间的误差范围不大于6%。GB/T 18029.21—2012 要求轮椅车的行驶模式在速度设置为最大速度的50%±10%的状态下进行抗扰度试验，在试验过程中使用经过有效计量的转速计实时监测电动轮椅车的速度和转向，平均轮速变化不超过±20%，差动轮速度变化不超过±25%。因此，该测速工装对中挡轮速的监测精确度已满足电动轮椅车在电磁兼容测试的要求。

5 结论

本测速工装测得的车轮速度与激光转速仪测得的速度平均误差为4.84%。误差产生的原因是：激光转速仪测量距离对检测精度的影响和电机自身产生的电火花对测量脉冲波形的干扰等。但两者测量的速度比较接近，说明本测速工装的方案可行。轮椅车的运行速度越高其测量误差越大，说明本测速电路适用于低、中速工作的轮椅车。而适用于GB/T 18029.21—2012标准的电动轮椅车，对其最大速度有限制，而且轮椅车应在中速状态下测试，可满足此要求。并且，通过工装的数据实时存储功能，可以保证试验前、试验中和试验后的数据溯源性。